CN217114744U - 功率合成的射频模块及固态功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供功率合成的射频模块及固态功率放大器，射频模块包括液冷板、驱动模块和功放模块，所述液冷板包括功分网络、液冷流道和合成网络，所述功分网络具有输入波导口和多个功分分支波导口，所述合成网络具有多个合成分支波导口和输出波导口，所述功分分支波导口和合成分支波导口与所述功放模块波导连接，所述输入波导口与所述驱动模块连接。本实用新型有利于功能模块之间独立的维修，有利于小型化。

Description

功率合成的射频模块及固态功率放大器

技术领域

本实用新型涉及射频技术领域，更具体地，涉及功率合成的射频模块及固态功率放大器。

背景技术

微波功率放大器主要有电真空功率放大器和固态功率放大器两大类。电真空功率放大器最大的特点就是输出功率大，但是随着半导体功率器件制造技术的进步，固态功率放大器已在很多领域逐步取代电真空功率放大器，成为主流。固态功率放大器是将多个功率放大器进行功率合成，实现高功率输出。现有技术中，固态功率放大器存在以下问题：首先，现有技术的固态功率放大器的各个模块固定为一体，尤其是将驱动模块和功率放大器固化为一体形成射频模块，不能完全独立分开，不利于功能模块之间独立的维修，导致组件的装配调试难度较大，维修性较差。第二，现有的固态功率放大器包括射频模块和低频馈电模块，单层结构的固态功率放大器，通过侧面的低频馈电模块对射频模块进行馈电，射频模块和低频馈电模块采用水平排布的方式进行设计，不利于小型化的集成以及波导口的防水设计；双面结构的固态功率放大器，正面设置射频模块，通过设置在背面的低频馈电模块进行馈电，双面结构设计不利于射频模块热量的散出以及波导口的防水设计。第三，现有技术中，在X波段或以上频段时，单个功率放大器的输出功率量级较低，约在几瓦至两三百瓦级之间，固态功率放大器在X波段以及以上频段时，输出功率通常在千瓦功率量级以下，对于满足雷达功率输出要求（几千瓦级，几万瓦级），至少需要几路、几十路甚至上百路的功率合成，现有的固态功率放大器为单层结构或双面结构，从而导致现有技术的千瓦级固态功率放大器的体积大。第四，固态功率放大器合成规模大，模块数量多，多路合成时，很难解决各路一致性，各支路的相互隔离，合成网络的稳定性等问题。

实用新型内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本实用新型提供一种功率合成的射频模块，包括液冷板、驱动模块和功放模块，所述液冷板包括功分网络、液冷流道和合成网络，所述功分网络具有输入波导口和多个功分分支波导口，所述合成网络具有多个合成分支波导口和输出波导口，所述功分分支波导口和合成分支波导口分别与所述功放模块波导连接，所述输入波导口与所述驱动模块连接，所述驱动模块用于对射频信号进行设定增益的功率放大，所述功放模块用于对所述驱动模块输出的射频信号进行功率放大，所述液冷板用于散热的同时还用于对所述驱动模块功率放大后的射频信号进行功分以及对功放模块功率放大后的射频信号进行合成。

根据本实用新型的一个方面，所述驱动模块采用同轴输入、波导口输出的波导同轴转换器与液冷板的输入波导口连接。

根据本实用新型的一个方面，所述功放模块贴合在液冷板两面。

根据本实用新型的一个方面，所述射频模块还具有输入馈电接口，作为射频模块馈电的接口。

根据本实用新型的一个方面，所述功放模块包括至少一个分支和至少一个子分支，一个分支和一个子分支电连接，将串联的至少一个功率放大器和至少一个隔离器作为一个功放组，所述分支包括一个功放组，所述子分支包括多个并联的功放组。

可选地，所述一个分支及其连接的子分支为一个功放子模块，所述功放子模块与液冷板可拆卸连接。

根据本实用新型的一个方面，所述液冷板还包括板体，所述功分网络、液冷流道和合成网络一体烧结在板体内。

根据本实用新型的一个方面，所述输入波导口、功分分支波导口、合成分支波导口和输出波导口具有防水密封槽。

根据本实用新型的一个方面，所述功分网络包括波导H-T结和波导E-T结，所述波导H-T结用于输入射频信号，分路后传输给波导E-T结分路输出。

根据本实用新型的一个方面，所述合成网络包括波导E-T结、魔T和波导H-T结，魔T集成于波导H-T结和波导E-T结之间，射频信号经过波导E-T结合路后通过魔T再次合路后通过波导H-T结合路输出。

根据本实用新型的一个方面，所述液冷板还包括耦合检波模块，用于采用波导耦合的方式对合成网络输出的功率放大后的射频信号采样检波。

可选地，所述耦合检波模块用于对合成网络输出的功率放大后的射频信号进行正反向耦合功率检波。

可选地，所述耦合检波模块设置于输出波导口主路的上方。

根据本实用新型的一个方面，所述液冷板还包括波导负载，与所述合成网络电连接，用于吸收合成网络的不平衡功率。

根据本实用新型的一个方面，所述液冷板还包括把手，用于液冷板的拿放。

根据本实用新型的一个方面，所述液冷板还包括连接件，与放置液冷板的固定支架连接，方便功放模块在液冷板上的安装。

可选地，所述连接件为导轨，液冷板两侧连接在固定支架上，方便液冷板两面安装功放模块。

根据本实用新型的另一方面，还提供一种功率合成的固态功率放大器，包括上述射频模块。

根据本实用新型的另一方面，还包括储能电容盒，用于对所述射频模块馈电，与所述液冷板可拆卸连接。

根据本实用新型的另一个方面，所述储能电容盒和功放模块均贴合在液冷板的两面。

根据本实用新型的另一面，所述射频模块的液冷板的功分网络设置在液冷板两面的储能电容盒之间，合成网络和液冷流道设置在液冷板两面的功放模块之间。

根据本实用新型的另一面，所述储能电容盒具有输出馈电接口，与射频模块的输入馈电接口连接。

根据本实用新型的另一面，所述储能电容盒的输出馈电接口与射频模块的输入馈电接口水平连接，所述射频模块的功放模块的射频输入波导口和射频输出波导口分别与液冷板的功分分支波导口和合成分支波导口垂直连接，所述射频模块的驱动模块的波导同轴转换器的波导口与液冷板的输入波导口垂直连接。

本实用新型所述射频模块的功放模块与液冷板可拆卸连接，驱动模块与液冷板可拆卸连接，方便各功能模块的拆装、维修和调试。功放模块与液冷板的功分网络和合成网络波导连接，驱动模块与液冷板的输入波导口波导连接，使得结构紧凑，连接可靠，射频信号稳定放大传输，有利于波导口防水设计。另外，功放模块的多个功放子模块与液冷板可拆卸连接，方便每个功放子模块的维修、装配和调试。

本实用新型所述液冷板的合成网络将隔离性的魔T集成于波导H-T结和波导E-T结之间，实现了功放模块之间的较高的隔离度和固态功率放大器的稳定性。

本实用新型固态功率放大器的储能电容盒和功放模块贴合在液冷板两面，驱动模块贴合在液冷板侧面，结构紧凑，有利于小型化；液冷板集成了功分网络、液冷流道、合成网络、耦合检波模块和波导负载，实现了液冷板的多功能化，提高了集成度，使得结构更加紧凑。

本实用新型所述固态功率放大器的液冷板的功分网络设置在液冷板两面的储能电容盒之间，合成网络和液冷流道设置在液冷板两面的功放模块之间，形成多层堆叠结构，充分提高空间利用率，实现几千瓦甚至几万瓦级固态功率放大器的小型化。

附图说明

通过参考以下具体实施方式内容并且结合附图，本实用新型的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：

图1为本实用新型所述功率合成的射频模块的一个实施例的立体示意图；

图2为本实用新型所述功率合成的射频模块的一个实施例的电路示意图；

图3为本实用新型所述液冷板的一个实施例的示意图；

图4为本实用新型所述液冷板的一个实施例的正面立体示意图；

图5为本实用新型所述液冷板的一个实施例的背面立体示意图；

图6为魔T的示意图；

图7为波导E-T结的示意图；

图8为波导H-T结的示意图；

图9为本实用新型所述功率合成的固态功率放大器的一个实施例的构成框图的示意图；

图10为本实用新型所述功率合成的固态功率放大器的一个实施例的正面立体示意图；

图11为本实用新型所述功率合成的固态功率放大器的一个实施例的背面立体示意图；

其中：

1-射频模块，11-液冷板，111-板体，112-功分网络，112a-输入波导口，112b-功分分支波导口，113-液冷流道，113a-液冷入口，113b-液冷出口，114-合成网络，114a-合成分支波导口，114b-输出波导口，115-耦合检波模块，116-波导负载，117-把手，118-连接件，12-功放模块，120-功放子模块，121-功率放大器，122-隔离器， 13-驱动模块；2-储能电容盒，21-储能电容，22-电源调制模块，23-监控模块。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

下面将参照附图来对根据本实用新型的各个实施例进行详细描述。

实施例1：功率合成的射频模块1

图1为本实用新型所述功率合成的射频模块的一个实施例的立体示意图，图2为本实用新型所述功率合成的射频模块的一个实施例的电路示意图，如图1和图2所示，所述射频模块1包括液冷板11、功放模块12和驱动模块13，所述驱动模块13用于对射频信号进行设定增益的功率放大，实现推动所述功放模块12放大所需的功率输出；所述功放模块12用于对所述驱动模块13输出的射频信号进行功率放大；所述液冷板11用于散热，还用于对所述驱动模块13功率放大后的射频信号进行功分，还用于对功放模块12功率放大后的射频信号进行合成。

优选地，液冷板11和功放模块12可拆卸连接。

优选地，驱动模块13和液冷板11可拆卸连接。

如图1所示，功放模块12贴合在液冷板11两面，优选地，功放模块12采用对称安装方式贴合在液冷板11两面，阵列式布局使得空间集成度高、合成效率高、维修性好，同时紧凑型设计，充分利用了液冷板上的使用空间。

优选地，所述射频模块1还具有输入馈电接口（未示出），作为射频模块馈电的接口，优选地，功放模块12和驱动模块13均设置有输入馈电接口。

下面详细介绍射频模块1的各构成部分：

图3为本实用新型所述液冷板的一个实施例的示意图，图4为本实用新型所述液冷板的一个实施例的正面立体示意图，图5为本实用新型所述液冷板的一个实施例的背面立体示意图，如图3、图4和图5所示，所述液冷板11为多功能液冷板，不仅用于散热，还进行射频分支和功率合成，所述液冷板11包括液冷流道113、功分网络112和合成网络114，所述功分网络112用于将射频信号分成多个支路，传输给功放模块12；所述合成网络114用于将功放模块12功率放大后的多路射频信号进行功率合成，所述液冷流道113用于散热。

上述液冷板11为功放模块12提供快速的散热通道，将功放模块12产生的热量散发掉，确保功放模块12能够长时间稳定工作，液冷板11集成了功分网络112和合成网络114，使得液冷流道113还能够对功分网络112和合成网络114散热，且形成了功放模块-液冷板-功放模块多层堆叠结构，体积小，工作噪声小。

为了结构紧凑，充分利用液冷板11的使用空间，所述功分网络112和所述合成网络114分别设置在液冷流道113的两侧。优选地，功分网络和合成网络相对于液冷流道对称设置，结构紧凑，有利于相位一致性。

为了减少液冷板的使用数量提高空间利用率达到小型化的要求，优选地，所述液冷流道113一部分分布在合成网络114中，使两面的功放模块12也能使用合成网络中的液冷流道进行共同快速散热，可以通过液冷流道伸入合成网络进行快速散热，也可以通过液冷流道缠绕合成网络进行快速散热。

在一个实施例中，所述液冷板11还包括板体111，所述液冷流道113设置在板体111内，所述液冷流道对应的板体上至少设置有功放模块12。

功分网络112、液冷流道113和合成网络114可以与板体111可拆卸连接，在一个优选实施例中，上述功分网络112、液冷流道113和合成网络114与板体的连接方式为：上述功分网络112、液冷流道113和合成网络114一体烧结在板体111内，加工简单，连接稳固，防脱落。

在一个实施例中，上述液冷流道113可以是蛇形折弯的形状，也可是对称设置的多蛇形折弯形状，但是本实用新型并不限于此。

在一个实施例中，液冷流道沿垂直于板体正面和背面多折弯设置，也就是说，液冷流道与功分网络和合成网络朝向液冷流道的侧面平行多折弯设置，使得最少数量的液冷流道对两面板体、功分网络和合成网络均能冷却。

在一个实施例中，所述液冷流道具有液冷入口113a和液冷出口113b，冷却液（例如水）通过液冷入口113a和液冷出口113b在液冷流道中循环，使得液冷流道进行循环冷却。

在一个实施例中，功分网络112具有输入波导口112a和多个功分分支波导口112b，所述合成网络114具有多个合成分支波导口114a和输出波导口114b，所述输入波导口112a用于输入射频信号，所述功分分支波导口112b和合成分支波导口114a用于与功放模块12波导连接，实现功放模块12的功率合成，所述输出波导口114b用于输出功率放大后的射频信号。

优选地，所述液冷板11的波导口（输入波导口112a、功分分支波导口112b、合成分支波导口114a、输出波导口114b）与其他构件的波导口垂直互连。

优选地，所述液冷板11的波导口具有防水密封槽（未示出）。

在一个实施例中，所述功分网络112包括波导H-T结（图8示出）和波导E-T结（图7示出），所述波导H-T结用于输入射频信号，分路后通过波导E-T结分路输出。

优选地，功分网络包括六个波导E-T结和一个波导H-T结，波导H-T结的波导口H3为输入波导口112a，波导E-T结的E1和E2分别为板体两面的功分分支波导口112b，波导H-T结的波导口H1与第一个波导E-T结的波导口E3连接，第一个波导E-T结的波导口E1和E2口分别与第三个波导E-T结的波导口E3和第四个波导E-T结的波导口E3连接，波导H-T结的波导口H2与第二个波导E-T结的波导口E3连接，第二个波导E-T结的波导口E1和E2口分别与第五个波导E-T结的波导口E3和第六个波导E-T结的波导口E3连接，将输入的射频信号分成8路。

在一个实施例中，所述合成网络包括波导E-T结（图7示出）、魔T（图6示出）和波导H-T结（图8示出），魔T集成于波导H-T结和波导E-T结之间，射频信号经过波导E-T结合路后通过魔T再次合路后通过波导H-T结合路输出。

优选地，合成网络包括四个波导E-T结、两个魔T和一个波导H-T结，波导E-T结的E1和E2分别为板体两面的合成分支波导口114a，第一个波导E-T结的波导口E3与第一个魔T的波导口T1连接，第一个魔T的波导口T2与第二个波导E-T结的波导口E3连接，第一魔T的波导口T4与波导H-T结的波导口H1连接,波导H-T结的波导口H2与第二个魔T的波导口T4连接，第二个魔T的波导口T1与第三个波导E-T结的波导口E3连接，第二个魔T的波导口T2与第四个波导E-T结的波导口E3连接，波导H-T结的波导口H3为输出波导口114b，将8路功率放大后的射频信号合成一路。

上述合成网络为紧凑型的波导网络，将隔离性的魔T集成于H-T结和波导E-T结之间，实现了功放模块之间的较高的隔离度，提高了网络的隔离性、一致性和稳定性。

在一个实施例中，所述液冷板11还包括耦合检波模块115，所述耦合检波模块115采用波导耦合的方式对合成网络输出的功率放大后的射频信号采样检波。液冷板11集成了耦合检波模块，能够进行功率检波的同时提高了模块的集成度，有利于小型化。

优选地，所述耦合检波模块115用于对合成网络输出的功率放大后的射频信号进行正反向耦合功率检波。

优选地，所述耦合检波模块115设置于输出波导口主路的上方。

本实用新型所述耦合检波模块连接在合成网络与输出波导口之间，相对于现有技术放置于输出波导口之外，提到了液冷板的集成度，有利于小型化。

在一个实施例中，液冷板11的正面和背面均设置有功放模块12，呈多层堆叠设置。

在一个实施例中，液冷板11还包括波导负载116，与所述合成网络电连接，用于吸收合成网络的不平衡功率，实现固态功率放大器合成时内部功率不平衡时的功率吸收。

优选地，波导负载116与魔T的波导口T3连接。液冷板11集成了波导负载，能够进行功率吸收的同时提高了模块的集成度，有利于小型化。

在一个实施例中，液冷板11还包括把手117，方便液冷板11的拿放。

在一个实施例中，液冷板11还包括连接件118，与固定支架（未示出）连接，方便液冷板两面安装功放模块，优选地，所述连接件为导轨，液冷板11两侧连接在固定支架上，方便液冷板11两面安装功放模块12。

在一个实施例中，液冷流道、功分网络和合成网络集成于板体内部，把手、液冷接头（液冷入口和液冷出口）、波导负载和耦合检波模块可拆卸连接（例如螺钉连接），实现了一个完整的多功能液冷板11，形成了两个液冷接口、一个输入波导口、一个输出波导口和多个分支波导口。

本实用新型所述液冷板11为多功能液冷板，集成了功分网络、液冷流道、合成网络、波导负载、耦合检波模块等零件，具备液冷散热、功分、多路功率合成、吸收不平衡时功率和耦合检波等多种功能。

本实用新型所述功放模块12用于进行功率放大，设置于液冷板11两面，如图2所示，所述功放模块12包括多个功率放大器121，所述功率放大器用于对经过功分网络分支后的射频信号进行功率放大。

如图2所示，所述功放模块12还包括多个隔离器122，设置在不同支路的功率放大器之间或/和设置在功率放大器输出支路与合成网络之间，使得各支路的相互隔离，保证各路一致性，提高合成网络的稳定性。

如图1所示，功放模块12对称设置于液冷板11的两面，功放模块12的射频输入波导口和射频输出波导口分别与功分分支波导口112b和合成分支波导口114a连接，在波导中形成一个等幅同相的结构，功放模块12与液冷板11两面贴合的方式通过分支波导口对接互连集成，可维修性高、可靠性高、结构紧凑。

功放模块12提供一定功率输出的最小射频合成单元，在一个实施例中，射频模块1可以包括多级功放模块12，可以最后一级功放模块12电连接耦合检波模块。

在一个实施例中，所述功放模块12还通过紧固件（例如螺钉）固定在液冷流道对应板体的两面。

在一个实施例中，如图2所示，所述功放模块12包括至少一个个分支和至少一个子分支，所述分支电连接在功分网络和子分支之间，所述子分支电连接在分支和合成网络之间，将串联的至少一个功率放大器121和至少一个隔离器122作为一个功放组，所述分支包括一个功放组，所述子分支包括多个并联的功放组，在分支的隔离器之后增加了子分支中的多个功率放大器的合成隔离，所述分支还与功分网络的功分分支波导口连接，所述子分支还与合成网络的合成分支波导口连接。

将一个分支及其连接的子分支作为一个功放子模块120，功放模块12包括多个功放子模块120，每个功放子模块通过波导口可拆装安装在功分网络和合成网络之间，方便功放子模块的拆装和维修。

上述功放模块12对称设置于液冷板11两面，与功分网络和合成网络的波导口进行对接，在波导中形成等幅同相的结构，解决了现有技术的集成度低，体积较大的问题。

驱动模块13用于多路功率合成增益链路的补偿以及提供满足多路合成功率所需的射频功率，与液冷板11的输入波导口连接，具体地，如图2所示，所述驱动模块13包括移相器、功率放大器、波导同轴转换器和隔离器，所述隔离器设置在移相器与功率放大器之间以及功率放大器与波导同轴转换器之间。

所述驱动模块13采用同轴输入、波导口输出的波导同轴转换器与液冷板11的输入波导口连接，位于液冷板11的侧面，例如，采用螺钉锁紧驱动模块13的波导同轴转换器与液冷板11的输入波导口的法兰。由于固态功率放大器的输入端的射频信号功率较低，同轴接口输入就能满足承受功率要求，因此在驱动模块13输入端口采用同轴形式。由于末级功率合成部分功率较高，同轴形式不能满足功率需求，因此在液冷板11采取了波导合成，为了保证功分网络与合成网络的幅相一致性以及液冷板11的一体化加工，液冷板11的射频输入和输出端口均为波导口形式。为了减小驱动模块13输出功率损耗以及安装体积，因此驱动模块13的输出端口为波导口形式，与液冷板11紧密贴合的同时还保证了驱动模块13的散热。同时该驱动模块13的独立设计，可降低末级功放合成的功率增益，减少末级功放的器件级联数量，达到降低成本的目的。

上述射频模块1的安装方法包括：在多功能液冷板11两面分别安装功放子模块，功放子模块与对应的分支波导口进行螺钉固定锁紧，功放模块12的输入馈电接口和液冷板11的波导口安装防水橡胶圈，保证水密。

实施例2：功率合成的固态功率放大器

图9是本实用新型所述功率合成的固态功率放大器一个实施例的构成框图的示意图，如图9所示，所述固态功率放大器包括上述各实施例的射频模块1和储能电容盒2，所述射频模块1用于射频信号的功率放大，所述储能电容盒用于对所述射频模块1馈电。

优选地，所述储能电容盒2用于在脉冲工作模式下增加供电的持续时间，使得脉冲工作模式下脉冲顶部平坦。

下面详细介绍储能电容盒2的各构成组件：

储能电容21，所述储能电容具有充电和放电的功能，对输入电压进行整流；

电源调制模块22，用于对经过储能电容的电压进行调制，将调制后的电压传输给射频模块1，在脉冲工作模式时，用于保持电压恒定，实现固态功率放大器在脉冲工作模式下增加供电的持续时间，满足脉冲工作模式下脉冲顶部平坦的要求；

监控模块23，用于监控功放模块12的工作状态，用于驻波保护、温度保护、电源过压保护、过流保护和输出功率检测以及实时通信等。

如图10和图11所示，储能电容盒2和功放模块12均贴合在液冷板11两面，例如，储能电容盒2和功放模块12均对称设置于液冷板11的正面和背面，阵列式布局使得空间集成度高、合成效率高、维修性好。同时紧凑型设计，充分利用了液冷板11上的使用空间。

优选地，所述射频模块1的液冷板11的功分网络112设置在液冷板两面的储能电容盒之间，合成网络114和液冷流道113设置在液冷板两面的功放模块之间，形成多层堆叠结构，提高空间利用率，有利于小型化。

在一个实施例中，所述功放模块12为双层堆叠结构，包括馈电单元和放大单元，所述放大单元包括功率放大器和隔离器，所述馈电单元与所述储能电容盒和放大单元电连接，将储能电容盒提供的电压转换为放大单元所需的电压，对所述放大单元馈电。所述储能电容盒的输出馈电接口（未示出）设置在朝向功放模块12的侧面，与功放模块12的馈电单元的输入馈电接口电连接。

优选地，每个功放子模块为上述双层堆叠结构。

优选地，放大单元一面与液冷板11贴合，放大单元的另一面与馈电单元贴合，功放模块12呈双层堆叠的结构，使得固态功率放大器呈多层堆叠的结构，有利于固态功率放大器的各模块的热平衡和体积的小型化。

如图10和图11所示，所述储能电容盒2具有输出馈电接口，与射频模块1的输入馈电接口连接，用于对射频模块1馈电，所述储能电容盒2的输出馈电接口与射频模块1的输入馈电接口水平连接（与输入输出方向平行为水平连接），所述功放模块12的射频输入波导口和射频输出波导口分别与液冷板11的功分分支波导口112b和合成分支波导口114a垂直连接（与输入输出方向垂直为垂直连接），所述驱动模块13的波导同轴转换器的波导口与液冷板11的输入波导口垂直连接，固态功率放大器的各功能模块均通过接插件形式进行水平互连和垂直互连，实现了模块之间相对独立。

本实用新型所述储能电容盒输出馈电接口与功放模块输入馈电接口进行对接，实现功放模块的馈电以及功能检测。

储能电容盒2的输出馈电接口可以是多个方向的，分别与功放模块12和驱动模块13的输入馈电接口水平对接，对接后进行螺钉固定锁紧，使储能电容盒的馈电输出与功放模块12和驱动模块13的馈电输入紧密连接，结构紧凑并降低馈电导线内阻。

本实用新型固态功率放大器充分利用空间，固态功率放大器中的各模块通过接插件形式进行水平互连和垂直互连，多功能液冷板实现射频信号的功率分支、多个功放子模块的功率合成以及热量散出，功放模块实现几千瓦级功率输出，适用于脉冲模式和连续波模块的射频功率放大。更换不同频段的器件和合成网络即可适合多种频段的功率放大。

在输出功率高，热量集中，小型化，在散热面积受限的情况下，本实用新型所述固态功率放大器的功放模块和储能电容盒贴合在液冷板两面，整个固态功率放大器形成一个多层堆叠结构，功放模块与功分网络和合成网络进行波导口对接，功放模块与储能电容盒进行低频馈电接口对接，驱动模块连接在液冷板侧面，液冷板在功分网络和合成网络之间设置了液冷流道，固态功率放大器的各功能模块通过液冷流道进行共同散热，提高了液冷流道的换热效率，减小液冷板的面积，提高空间利用率，达到小型化的要求。

在上述各实施例中，各功能模块间的波导口采用同轴探针进行烧结气密封设计信号转换，与现有的标准波导口不同，现有的标准波导口常采用微带探针结构信号转换，不能实现波导口密封。

优选地，所述波导口还设置有防水密封槽，设置在波导口外围，避免漏液导致模块内部进液损坏元器件。

本实用新型的波导口为快插式防水接插件，使得各模块通过插拔方式进行独立更换，易维修、易测试、可互换，防水性高。

上述功率组件的安装方法包括：

将功放模块12安装到液冷板11的两面；

在液冷板11两面分别安装储能电容盒，储能电容盒的输出馈电接口与功放模块12的输入馈电接口水平对接，对接后进行螺钉固定锁紧，使储能电容盒的馈电输出与功放模块12的馈电输入紧密连接，结构紧凑并降低馈电导线内阻；

在完成液冷板11上组装功放模块12和储能电容盒2后，在液冷板11输入波导口处安装驱动模块13，使驱动模块13与液冷板11的输入波导口112a进行对接，同时驱动模块13的输入馈电接口与储能电容盒输出馈电接口也进行对接，对接后进行螺钉固定锁紧，驱动模块13的输入馈电端接口和波导同轴转换器的波导口处安装防水橡胶圈保证。最终形成的固态功率放大器具有两个液冷接口（液冷入口和液冷出口）、一个同轴输入、波导口输出的波导同轴转换器和一个输出波导口的采用液冷散热的紧凑型几千瓦级固态功率放大器，适用于多个频段千瓦级输出采用液冷散热的紧凑型需求。

本实用新型固态功率放大器阵列式布局以及对称结构保证了等幅和同相，空间集成度高，合成效率高，在一个具体实施例中，如图2和图9所示：

功放模块具有8个分支和8个子分支，每个子分支有两个并联的功放组，功率放大器的输出功率约为250W，每个分支上具有一只250W的功率放大器，每个子分支通过两只250W的功率放大器进行平面电路功放集成，在功放模块的子分支中具有隔离器，增加了平面电路中两只功率放大器的合成隔离，解决了子分支的各功分组的相互隔离，合成网络进行波导合成，将隔离性的魔T集成于波导H-T结和波导E-T结之间，实现了功放子模块之间的较高的隔离度，提高了合成网络的稳定性。

射频模块采用输出约15W的驱动模块推动8个400W的功放子模块实现约3.3KW的功率输出。驱动模块提供约19dB增益和推动功放子模块合成放大所需的15W功率输出。功放子模块约有24dB以上增益和400W以上的功率输出能力，通过8个功放子模块合成后实现了3KW以上的功率输出，各组件电平分配如下表：

表1

上表中射频模块的链路和电平分配使得固态功率放大器输出功率能够达到3.4KW，满足达到3KW的功率要求。

采用液冷散热的3KW的固态功率放大器具有生产调试简单、维修性好、防水性好、散热性好、输出功率大等优点，实现了水平和垂直结构互连的方式，且具备完整的射频微波性能、低频电路性能和功能检测性能等，结构紧凑、易于安装等特点。相比现有技术，具有集成度更高、输出功率更大等特点，有利于小型化的万瓦级固态功率放大器的实现，在一个实施例中，采用8级上一个实施例的功放模块，一共采用了64个子支路，通过波导合成方式将8级3KW的固态功率放大器进行功率合成至20KW以上输出功率。采用本实用新型所述8级功放模块功率合成至上万瓦功率输出，适用于大功率雷达系统。

本实用新型所述固态功率放大器能够实现3KW以上甚至万瓦级的功率输出，具有较高的可靠性，液冷板集成了功分网络、液冷流道、合成网络、耦合检波模块和波导负载，功放模块和储能电能盒在液冷板两面对称设置，使得液冷流道能够对上述多个构件进行同时冷却，保证各构件的稳定性，功放模块与液冷板波导口连接，驱动模块与液冷板波导口连接，保证了连接的可靠性。

本实用新型所述固态功率放大器的储能电容盒和功放模块采用阵列式两面对称设置，共用液冷板进行散热，液冷板采用一体烧结的方式实现，内部液冷流道两侧集成功分网络和合成网络，功放模块可拆卸安装于液冷流道的两面，功放模块分别与功分网络和合成网络波导连接，储能电容盒设置于功分网络两面，紧贴功放模块设置，驱动模块采用同轴输入、波导口输出的波导同轴转换器与多功能液冷板的输入波导口连接，耦合检波模块设置于输出波导口主路的上方，采用波导耦合的方式实现功率取样，形成一个功能完整的功放组件。

本实用新型所述固态功率放大器实现了各个功能模块（驱动模块、功放子模块、储能电容盒、液冷板）相互独立，每种功能模块均设置有快插式防水接插件（波导口），各功能模块通过插拔方式均能实现该模块独立更换，同时各个功能模块均设计为防水结构，避免漏液导致模块内部进液损坏元器件，在波导口处均设计有防水密封槽，实现了一个具备防水性能高集成度的几千瓦级固态功放组件，具有小型化、易维修、易测试、可互换等多种优势。

本实用新型所述固态功率放大器结构形式简单、体积小、空间利用率高，适用于液冷散热系统工程应用，功放子模块数量以及波导口尺寸都可以根据实际工作频段和输出功率大小进行调节，例如，根据工作的频段选用标准的波导口尺寸，输出功率大小根据该频段单器件的输出功率能力选择合成路数，满足多种频段的使用，灵活度较高，性能优越。

尽管前面公开的内容示出了本实用新型的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本实用新型的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims (12)

1.一种功率合成的射频模块，其特征在于，包括液冷板、驱动模块和功放模块，所述液冷板包括功分网络、液冷流道和合成网络，所述功分网络具有输入波导口和多个功分分支波导口，所述合成网络具有多个合成分支波导口和输出波导口，所述功分分支波导口和合成分支波导口分别与所述功放模块波导连接，所述输入波导口与所述驱动模块连接，所述驱动模块用于对射频信号进行设定增益的功率放大，所述功放模块用于对所述驱动模块输出的射频信号进行功率放大，所述液冷板用于散热的同时还用于对所述驱动模块功率放大后的射频信号进行功分以及对功放模块功率放大后的射频信号进行合成。

2.根据权利要求1所述的射频模块，其特征在于，所述驱动模块采用同轴输入、波导口输出的波导同轴转换器与液冷板的输入波导口连接。

3.根据权利要求1所述的射频模块，其特征在于，所述射频模块还具有输入馈电接口，作为射频模块馈电的接口。

4.根据权利要求1所述的射频模块，其特征在于，所述功放模块包括至少一个分支和至少一个子分支，一个分支和一个子分支电连接，将串联的至少一个功率放大器和至少一个隔离器作为一个功放组，所述分支包括一个功放组，所述子分支包括多个并联的功放组。

5.根据权利要求4所述的射频模块，其特征在于，所述一个分支及其连接的子分支为一个功放子模块，所述功放子模块与液冷板可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的射频模块，其特征在于，所述液冷板还包括耦合检波模块，设置于输出波导口主路的上方，用于对合成网络输出的功率放大后的射频信号进行正反向耦合功率检波。

7.一种功率合成的固态功率放大器，其特征在于，包括权利要求1-6中任一所述的射频模块。

8.根据权利要求7所述的固态功率放大器，其特征在于，还包括储能电容盒，用于对所述射频模块馈电，与所述液冷板可拆卸连接。

9.根据权利要求8所述的固态功率放大器，其特征在于，所述储能电容盒和功放模块均贴合在液冷板两面。

10.根据权利要求8所述的固态功率放大器，其特征在于，所述射频模块的液冷板的功分网络设置在液冷板两面的储能电容盒之间，合成网络和液冷流道设置在液冷板两面的功放模块之间，呈多层堆叠结构。

11.根据权利要求8所述的固态功率放大器，其特征在于，所述储能电容盒具有输出馈电接口，与射频模块的输入馈电接口连接。

12.根据权利要求8所述的固态功率放大器，其特征在于，所述储能电容盒的输出馈电接口与射频模块的输入馈电接口水平连接，所述射频模块的功放模块的射频输入波导口和射频输出波导口分别与液冷板的功分分支波导口和合成分支波导口垂直连接，所述射频模块的驱动模块的波导同轴转换器的波导口与液冷板的输入波导口垂直连接。

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